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1、会计学1线性静态分析线性静态分析概述概述n n线性和非线性过程n n线性静态分析和多工况n n多工况应用n n例子第1页/共31页线性和非线性过程线性和非线性过程 Dassault Systmes,2008第2页/共31页线性和非线性过程线性和非线性过程n nAbaqus/Standard中有两种类型的分析步:n n通用分析步:通用分析步:通用分析步:通用分析步:响应可以是线响应可以是线性或非线性的。性或非线性的。n n线性摄动分析线性摄动分析线性摄动分析线性摄动分析步:步:步:步:响应只能响应只能是线性的。是线性的。Step 1=预拉伸Step 2=后拉Step 4=释放弓箭Step 3=提
2、取自然频率第3页/共31页n n线性分析是基状态(初始构型或当前构型)的线性线性分析是基状态(初始构型或当前构型)的线性摄动。摄动。n n基状态之前的响应可以是非线性的。基状态之前的响应可以是非线性的。n n但是,模型必须是静态平衡的但是,模型必须是静态平衡的(在进行线性摄动分析之前,在进行线性摄动分析之前,只有先利用只有先利用*STATICSTATIC分析步达到静力平衡,才可以应用分析步达到静力平衡,才可以应用 DYNAMICDYNAMIC选项)。选项)。n n在摄动分析步之后,可以继续进行非线性分析步。在摄动分析步之后,可以继续进行非线性分析步。n n在在Abaqus/ExplicitAb
3、aqus/Explicit中,只有通用分析步。中,只有通用分析步。线性和非线性过程线性和非线性过程第4页/共31页n n在在Abaqus/StandardAbaqus/Standard中,纯的线性摄动过程包括:中,纯的线性摄动过程包括:BUCKLE(BUCKLE(特征值屈曲分析特征值屈曲分析)FREQUENCY(FREQUENCY(特征值提取特征值提取)MODAL DYNAMIC(MODAL DYNAMIC(瞬态线性动力学分析瞬态线性动力学分析)RANDOM RESPONSE(RANDOM RESPONSE(随机激励的结构响应随机激励的结构响应)RESPONSE SPECTRUM(RESPON
4、SE SPECTRUM(动载荷的峰值线性响应动载荷的峰值线性响应)STEADY STATE DYNAMICS(STEADY STATE DYNAMICS(谐波激励下的稳态动谐波激励下的稳态动力学响应力学响应)n n*STATIC*STATIC分析步可以是线性摄动或通用过程。分析步可以是线性摄动或通用过程。n n下面有详细的讨论。下面有详细的讨论。线性和非线性过程线性和非线性过程第5页/共31页线性和非线性过程线性和非线性过程n n默认的幅值引用n n不同的分析过程有不同的默认值不同的分析过程有不同的默认值n n对于没有自然时间度量的过程对于没有自然时间度量的过程 AMPLITUDE=RAMP
5、AMPLITUDE=RAMP STATICSTATIC HEAT TRANSFER,STEADY STATEHEAT TRANSFER,STEADY STATE COUPLED TEMPERATURE-COUPLED TEMPERATURE-DISPLACEMENT,STEADY STATEDISPLACEMENT,STEADY STATE SOILS,STEADY STATESOILS,STEADY STATE COUPLED THERMAL-COUPLED THERMAL-ELECTRICAL,STEADY STATEELECTRICAL,STEADY STATE STEADY STATE
6、 TRANSPORTSTEADY STATE TRANSPORT第6页/共31页n n对于有自然时间度量的过程对于有自然时间度量的过程 AMPLITUDE=STEP AMPLITUDE=STEP DYNAMICDYNAMIC VISCOVISCO HEAT TRANSFER(HEAT TRANSFER(瞬态瞬态)COUPLED TEMPERATURE-COUPLED TEMPERATURE-DISPLACEMENT(DISPLACEMENT(瞬态瞬态)DYNAMIC TEMPERATURE-DYNAMIC TEMPERATURE-DISPLACEMENT,EXPLICITDISPLACEMEN
7、T,EXPLICIT COUPLED THERMAL-COUPLED THERMAL-ELECTRICAL(ELECTRICAL(瞬态瞬态)SOILS,CONSOLIDATIONSOILS,CONSOLIDATION STEADY STATE DYNAMICSSTEADY STATE DYNAMICS RANDOM RESPONSE RANDOM RESPONSE MODAL DYNAMICMODAL DYNAMICn n在显式动力学过程在显式动力学过程(DYNAMIC,DYNAMIC,EXPLICIT)EXPLICIT)中,预定的非零边界中,预定的非零边界条件必须引用幅值选项。条件必须引用幅
8、值选项。线性和非线性过程线性和非线性过程注释:频域过程幅值引用定义了载荷和频率之间的关系。第7页/共31页线性静态分析和多工况线性静态分析和多工况 Dassault Systmes,2008第8页/共31页n n静态分析是唯一既可以包含通用分析步,又可以包含摄动分析步的过程:*STEP*STEP*STATIC*STATIC或或*STEP,PERTURBATION*STEP,PERTURBATION*STATIC*STATICn n当研究结构在不同载荷集和边界条件集的线性当研究结构在不同载荷集和边界条件集的线性响应时,在单个摄动分析步中使用多工况分析响应时,在单个摄动分析步中使用多工况分析比多摄
9、动步分析更方便。比多摄动步分析更方便。n n载荷工况包括载荷和边界条件。载荷工况包括载荷和边界条件。线性静态分析和多工况线性静态分析和多工况第9页/共31页线性静态分析和多工况线性静态分析和多工况n n当被分析的组件承受多种不同类型的载荷时,当被分析的组件承受多种不同类型的载荷时,多工况分析将非常有用。多工况分析将非常有用。n n在许多工业领域非常常见。在许多工业领域非常常见。n n例如,飞机在起飞、爬升、巡航、俯冲、着陆和滑例如,飞机在起飞、爬升、巡航、俯冲、着陆和滑行过程中经历的不同载荷。行过程中经历的不同载荷。n n每个工况独立施加。每个工况独立施加。n n如果在载荷历程中的所有阶段假定
10、结构的刚度为常数(线如果在载荷历程中的所有阶段假定结构的刚度为常数(线性假设),多工况分析可以辅助确定载荷包络线。性假设),多工况分析可以辅助确定载荷包络线。第10页/共31页线性静态分析和多工况线性静态分析和多工况 Multiple*LOAD CASEMultiple STEP,PERTURBATIONElement loop(stiffness/multiple RHS)Primary factorization(with possibly multiplesmall factorizations)SimultaneousbacksubstitutionElement loop(simul
11、taneousrecovery)Element loop(stiffness/single RHS)Factorization(or read factorizedmatrix from.fct file)BacksubstitutionElement loop(recovery)Next*STEP第11页/共31页线性静态分析和多工况线性静态分析和多工况n n例子:农用工具n n下图是农用工具,它通过三点挂钩连接到拖拉下图是农用工具,它通过三点挂钩连接到拖拉机,并拖在拖拉机之后。机,并拖在拖拉机之后。n n挂钩的目的是用于向工具传递拖动载荷,但是挂钩的目的是用于向工具传递拖动载荷,但是不允许
12、工具浮动,或工具的运动独立于拖拉机。不允许工具浮动,或工具的运动独立于拖拉机。第12页/共31页线性静态分析和多工况线性静态分析和多工况n n三个工况n n连接件非常柔软,工具上的载荷没有明确指出,连接件非常柔软,工具上的载荷没有明确指出,但是可能是多种不同类型载荷的组合。但是可能是多种不同类型载荷的组合。垂直载荷侧向载荷向前载荷第13页/共31页多工况应用多工况应用 Dassault Systmes,2008第14页/共31页多工况应用多工况应用n n下面的过程支持多工况分析:*STEP,PERTURBATION*STEP,PERTURBATION*STATIC*STATIC*STEADY
13、STATE DYNAMICS,DIRECT*STEADY STATE DYNAMICS,DIRECTn n工况中可以包含下面的载荷类型:n n集中力和分布力集中力和分布力n n边界条件边界条件(不同的工况可以有不同的边界条件不同的工况可以有不同的边界条件)n n惯性解除惯性解除第15页/共31页多工况应用多工况应用.*Step,perturbation*Step,perturbation*Static*Static*Load Case,name=Bending A*Load Case,name=Bending A*Boundary*Boundary rightright,1,6,1,6*Clo
14、ad*Cload left,3,1.left,3,1.*End Load Case*End Load Case*Load Case,name=Bending B*Load Case,name=Bending B*Boundary*Boundary leftleft,1,6,1,6*Cload*Cload right,3,1.right,3,1.*End Load Case*End Load Case*End Step*End StepNode set leftNode set rightBending ABending B 第16页/共31页多工况应用多工况应用n n附加规则 工况名工况名(L
15、OAD CASE,name=LOAD CASE,name=namename)必须唯一必须唯一 在工况之外指定的载荷选项对所有工况都有效在工况之外指定的载荷选项对所有工况都有效 基状态边界条件传播到所有的工况基状态边界条件传播到所有的工况 使用使用OP=NEWOP=NEW的规则的规则n n如果在工况步内的任意位置使用该选项,则必须在如果在工况步内的任意位置使用该选项,则必须在相应的分析步的每个工况中都要使用该选项相应的分析步的每个工况中都要使用该选项n n如果在工况步中使用任何的如果在工况步中使用任何的 BOUNDARYBOUNDARY,则所有,则所有从历史步中传播的边界条件将被删除从历史步中传
16、播的边界条件将被删除 不同不同 LOAD CASELOAD CASE选项定义的载荷或者边界条选项定义的载荷或者边界条件不会相互影响件不会相互影响第17页/共31页多工况应用多工况应用n n为不同的工况改变边界条件n n当只是改变边界条件的大小时,对求解性能不当只是改变边界条件的大小时,对求解性能不会造成影响。会造成影响。n n从工况到工况之间,尽量减小边界条件位置变从工况到工况之间,尽量减小边界条件位置变化的数量。化的数量。n n如果改变位置的边界条件的分布和数量变化很大,如果改变位置的边界条件的分布和数量变化很大,多工况分析可能会明显的慢于等效的多步骤分析多工况分析可能会明显的慢于等效的多步
17、骤分析(与与问题非常相关)。问题非常相关)。n n如果对此怀疑,运行如果对此怀疑,运行datacheckdatacheck分析(多步骤分析(多步骤 vs vs 多工多工况),比较求解器中的求解器信息数据(况),比较求解器中的求解器信息数据(.dat.dat)文件)文件(比如,内存需求,浮点操作的数量,等等)。(比如,内存需求,浮点操作的数量,等等)。第18页/共31页多工况应用多工况应用n n问题大小n n合并的自由度个数和工况个数决定了合并的自由度个数和工况个数决定了“问题大问题大小小”。n n多工况分析可能需要更多的:多工况分析可能需要更多的:n n内存(相对于等效的多步骤分析)。在回代的
18、过程内存(相对于等效的多步骤分析)。在回代的过程中,方程的右手边必须保留在内存中。中,方程的右手边必须保留在内存中。n n硬盘空间(单元和节点数据库)。硬盘空间(单元和节点数据库)。n n在可能的情况下,设置:在可能的情况下,设置:n nstandard_memorystandard_memory 为最小的为最小的 I/O(I/O(请察看数据文件请察看数据文件)。n nstandard_memory_policystandard_memory_policy 为为 MAXIMUMMAXIMUM。n n如果必要,将不同的工况散布到几个分析步中,如果必要,将不同的工况散布到几个分析步中,用以减小每个
19、分析步中内存和硬盘的使用量。用以减小每个分析步中内存和硬盘的使用量。n n最坏情况:回到多摄动步分析(在这里,还可以比最坏情况:回到多摄动步分析(在这里,还可以比较数据文件中的求解器信息)。较数据文件中的求解器信息)。第19页/共31页多工况应用多工况应用n n输出n n按每个分析步输按每个分析步输出出(不是每个工不是每个工况况)n n可以输出到输出可以输出到输出数据库数据库(.odb.odb)和打和打印输出文件印输出文件(.dat.dat)n n对于输出数据库对于输出数据库文件:文件:n n工况的所有输工况的所有输出变量被映射出变量被映射到帧到帧n n同增量映射到同增量映射到帧类似帧类似n
20、n帧包含工况名帧包含工况名n n只有场输出只有场输出(没没有历程输出有历程输出)第20页/共31页多工况应用多工况应用n nAbaqus/Viewer的后处理n n支持在整支持在整个帧中进个帧中进行操作行操作n n对于选定对于选定的帧,可的帧,可以创建:以创建:n n线性合并线性合并(比如,比如,工况的线工况的线性组合性组合)n n最大最大/最最小包络线小包络线(比如,比如,在所有工在所有工况中找出况中找出最大应力最大应力)第21页/共31页多工况应用多工况应用Mises stress:Bending AMises stress:Bending BMax value of Mises stre
21、ss over both frames第22页/共31页例子例子 Dassault Systmes,2008第23页/共31页例子例子n n方板基准程序n n工况的个数:工况的个数:8 8 和和 1616*Static,perturbation*Static,perturbationn n改变角点处边改变角点处边界条件的位置界条件的位置n n默认输出默认输出改变边界条件模型#节点/边#变量(#DOF)11016120622012424063501150600647513384006第24页/共31页例子例子n n执行结果:全部CPU时间第25页/共31页例子例子n n执行:751 751 模型
22、的细节相对 CPU 时间 3.4 M variable case8 Steps/8 Load cases16 Steps/16 Load casesSolver7.5214.3Total5.047.48第26页/共31页例子例子n n修改 501 501 模型n n8 8 工况工况n n在每个工况中在每个工况中改变对边的边改变对边的边界条件界条件n n相对全部相对全部 CPU CPU 时间:时间:0.153 0.153(多工况多工况 6.6 6.6 慢慢!)!)n n观察边界条件观察边界条件数量和位置的数量和位置的变化!变化!改变边界条件第27页/共31页例子例子n n底盘-车架的机动性分析:
23、变量的个数:变量的个数:534,000534,000方程的个数:方程的个数:483,000483,000工况的个数:工况的个数:6060*Steady-state dynamics,direct*Steady-state dynamics,direct (10(10个频率点个频率点)输出:输出:U(U(输出数据库输出数据库)CPU 时间(sec)60 steps(projected based on 1 step)60 load casesSolver1290 60=77,4001990(39 faster)Total1965 60=117,60011,600(10 faster)第28页/共31页习题习题2:悬臂梁的线性静态分析悬臂梁的线性静态分析 Dassault Systmes,2008第29页/共31页习题习题2:悬臂梁的线性静态分析悬臂梁的线性静态分析n n习题任务1.1.使用多工况分析的办法,分析梁使用多工况分析的办法,分析梁的弯曲响应。的弯曲响应。2.2.比较使用单个分析步的多工况分比较使用单个分析步的多工况分析和多个分析步的单工况分析,析和多个分析步的单工况分析,得到的求解和分析时间的不同。得到的求解和分析时间的不同。第30页/共31页
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